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摘要：目前明挖隧道深基坑施工中，由于基坑深度过大，导致变形及沉降问题极易发生。在深基坑施工的过程中，对基坑的监测极为重要。本文介绍了武汉天河机场深基坑施工工程监测概况，结合该深基坑的施工监测方案，得到控制深基坑变形的有效办法，为工程提供有效的借鉴经验。研究结论：（1）当围护桩处于拆换支撑状态时，基坑周围的变形最大。（2）当前施工方案下，在设计范围以内进行围护结构的受力控制，能够保证基坑围护结构的使用安全。（3）基坑的开挖间距、钢支撑施作时间均可能与设计文件存在一定的差距，使四周土体产生较大变形，在深基坑的施工过程中，要控制施工开挖的步距，并及时进行支护。
关键词：深基坑；监控量测；水平位移；钢支撑
0前言
隧道工程使交通变得更为方便，隧道建设离不开深基坑工程，所以深基坑的变形控制是十分必要的。为了掌握基坑施工的全过程，支护体系的状态，并了解施工对于周围建筑物的影响，有必要进行现场监测和测量。通过对测量数据的整理和分析，优化设计方案，保障基坑施工的安全性。监测点的布设要依据地质条件以及周边建筑物的情况进行合理设置，还要符合相关规范的要求。
国内外现有许多学者在进行隧道深基坑方面的研究。其中国外学者主要研究基坑在开挖时的因素;而国内的学者大都研究深基坑在开挖过程中所监测项目的变化。王建军等[1]指出深基坑的最大桩体水平位移普遍分布在开挖面的周围;赵玉勃等[2]研究深基坑的内部构造，有效控制桩体位移的发生，进而降低了地表沉降。李淑等[3]对20余个深基坑的资料进行研究，得出北京市区深基坑开挖过程中地面的变形情况。
本文对武汉天河机场深基坑的变形和受力特性进行了监测，分析本深基坑的桩顶水平和竖向位移、轴力以及周围建筑物沉降数据，对其中的规律进行总结，对施工方案和监测方案提出有效建议。
1工程概况
1.1工程设计概况
天河机场主入口道路位于天河机场规划的中轴线上。南北连接隧道采用露天开挖方式。钻孔桩用作基坑支护结构。工程中使用C40的现浇钢混结构，C20喷射混凝土加入Φ8钢网和Φ20螺栓进行保护。混凝土厚8cm，Φ20螺栓长1.5m，间距1.0m×1.0m，钢网的网格间距为20cm×20cm；基坑上部采用坡度开挖，坡度为1：1.5。斜表面是由土钉墙保护。的主要参数是8厘米厚C20混凝土，Φ8钢丝网20*20厘米网眼宽度，Φ22砂浆锚土壤钉，L=2.0M，间距1.5米×1.5M，梅花布置。主体结构敞口段采用直墙式衬砌，封闭段采用直墙拱形衬砌。
1.2基坑概况
本工程处于武汉天河配套工程施工区域，且与城铁、地铁并行，各项工程交叉施工，外部环境条件极为复杂。工程地势较为平坦，基坑主要特点为：（1）基坑呈狭长状分布，宽14.5~16.5m，深2~15m；（2）表面层中填充有滑动和松散地附着的污物，机械参数差。主要地层是粉质粘土和粘土层具有良好的机械性能；（3）施工期间基坑局部围护结构处于换撑状态时，变形较大。
1.3基坑设计参数
（1）基坑上部放坡开挖，土钉墙防护，土钉墙防护参数为：10cm厚C20网喷混凝土；所述肋是Φ22钢筋，L = 2，外插入角度为10~20°，间隔为1.5×1.5M，梅花形布置；所述Φ8钢丝网具有20×20厘米网格间距。（2）围护结构为Φ0.8m的C30钢混钻孔桩，桩顶1.0×0.8m的C30钢混冠梁。
（3）支撑是建立一个Φ609×16毫米钢管支撑用4M的纵向间距。
本次计算取最不利工况进行验算，N1DK2+280里程处基坑深度为11.83m，为该段基坑最不利断面，计算中选取N1DK2+230～N1DK2+280段基坑建模分析。
2深基坑监测技术要求
（1）深基坑开挖时，每日的监测次数应不少于1~2次，并应在施工期间可以观察到施工的整个过程。
（2）当监测中发现变形量不符合相关标准的最大允许值或施工条件产生较大变化的时候，要进行加密监测[4]。
（3）针对雨天等不良天气条件，要加强监控量测，并寻找可能造成围护结构破坏的水害来源。
（4）应依照施工反馈以及监测的结果及时进行围护体系的修改，保证最终围护方案的安全性与经济性。
（5）施工时进行地表面的监测，如果地面出现开裂和沉陷的情况，马上进行补救处理。
（6）施工时要进行围护体系位移和钢筋应力等的监测，如果水平位移大于最大允许值，要加强支撑。
3监控量测方案设计
3.1桩顶水平位移及竖向位移监测
（1）桩顶水平及竖向位移监测点埋设
观测点根据工程特点在基坑四周围护结构桩顶上设置，埋设时，首先在顶梁或挡土墙顶部钻一个深度约10cm的孔，把强制标记放进钻孔中，并填充空隙，如图1~2所示。
测量点应尽可能安排在基坑梁的固定位置和支撑桩的顶部，可以准确表示顶部的侧向变形。埋设测量点标记时，应注意确保测量点与强制定心标记顶面之间的视图。沿深基坑的长边间隔20m设一个监测点，当遇到带有挡土墙的基坑工程时，需要测量挡土墙与顶梁或挡土墙之间的点。
图1水平测点标志 图2监测点强制对中墩观测图
将检测基点置于安全、醒目且受保护的位置。此外，由于结构没有水平或垂直运动，参考点的优选位置应满足稳定性和便利性的条件。为了确保测量的准确性，使用强制对准的方法来观察墩基点。
（2）监测方法及数据采集
1）观察挡土结构桩顶位移监测点，运用小角度法，使用LeicaTCA1800[5]全站仪来观测。控制网络和监测点的布设均符合工程测量规范与相关技术要求。
2）观察和预防措施[6]：①施工前后都要进行全站仪检查，施工过程中定期检查有关项目，对调平管与电子气泡补偿进行检查；②为保证观测的准确性，观察应固定，即固定人员，固定仪器，固定站；③仪器，觇卡应牢固和平整；④目标中清晰稳定的成像条件观察下观察；⑤当仪器温度与外界温度一致时，可以开始观察。
3.2支撑结构体系监测
（1）埋设原则
钢筋安装的横向和纵向间距分别为20米和4米。安装数量取决于支撑桩的实际长度。垂直于压制土壤的钢筋沿垂直方向每隔4米布置一次。在钢筋混凝土的支撑中，钢筋在水平方向上间隔20m设在弯矩最大处。[7]轴向力计之间在水平方向上的距离为20米。
沿支护桩的钢筋笼两侧设置钢筋计，钢筋计和土体处于相互垂直的关系 [8]。钢筋以间距20米安装在砼支撑弯矩最大点。钢支撑轴规之间的水平距离为20米。
每一个钢支撑在钢支撑的两边设置两个轴力计，所以一共设置了110个轴力监测点。每一个监控点应当设置一个测试件，编号为（Z1-Z110）。在钢筋混凝土支撑内部的最大弯矩处放置两根距离为20米的钢筋。
（2）埋设方法
1）轴力计的安装与埋设
通过铆接进行轴力计连接，经过冷处理后，为了保证钢支撑在安放过程中轴力计不发生损坏，需将轴力计与焊接圆形筒进行固定[9]，如图3所示。
图4 钢筋计安装图
运用焊接绑条法来进行钢筋计的埋设绑条焊接，其中的关键步骤是保证钢筋计的轴心受力[11]。选取的钢筋面积为绑条截面面积的2/3，在两面进行焊接。焊接时，用棉布在钢筋计两侧进行固定，并使用冷水浇注，保证在焊接温度始终控制在600度以下。
3.3周边建筑物沉降监测
3.3.1监测目的
该方案计划严格监控受基坑施工影响的周边建筑物的沉降。这种施工监控的主要任务是预防周围建筑物产生开裂现象，发生倾斜或者损坏，还可以有效控制其不均匀沉降的发生。[12]测量周围坑的位移和沉降，并根据监测结果分析和判断施工安全状况。如有必要，可以调整施工过程和参数。不均匀的沉降值以及倾斜值均不能大于规定允许的最大值。
3.3.2监测方法
参考点通过国家一流的平整方法测量。参考点高度差误差要准确控制在0.5毫米以内，同时相邻的参考点高度差的误差不得大于0.3毫米。
结算点观察采用国家二级平整法进行。沉降高度差的误差应控制在1.00毫米以内，相邻参考点高度差的误差小于0.5毫米。
根据国家一级建筑物变形测量方法测量位移观测值，位移点坐标误差控制在1.0mm以内。使用基线方法确定绝对位移。
4监测结果
对天河机场东隧道的出口N2DK3+635~N2DK3+130段进行桩顶水平位移监测，桩顶水平位移的监测点BD1~BD26产生的最大变化量是8.44mm，变化最大的测点发生在PB8点上，分析其变化量最大的原因，主要是由于没有及时安装钢支撑，在深基坑开挖过程中速度过快，使围护桩受到了侧向土压力，桩身产生了一定变形，当其未达到桩顶水平位移的预警值，说明该里程的桩顶水平位移满足安全施工的要求。
对天河机场东隧道的出口N2DK3+635~N2DK3+130段坡顶竖直沉降进行监测，监测点BD1~BD25中产生的最大沉降变化量为6.32mm，最大变化测点是BD2点，产生沉降的原因钢支撑支护时间不及时，并且在开挖的过程中正值雨季，雨水使该测点附近的土体产生了较大形变，并导致桩身产生了较大的竖向位移，但其未达到坡顶竖直沉降的预警值，这就说明该里程范围内的桩顶竖直沉降符合要求。
桩顶统计的累计预警值为28mm，变化率的警告值为2.6mm/d。分析监测数据，各监测项目的监测数据所产生的最大值远小于警戒值。深基坑中钢筋应力监测点的数据稳定，没有出现异常的数据；深基坑中混凝土支护的应力监测点的数据稳定，没有出现异常的数据；深基坑中钢支撑应力的监测点数据稳定，没有出现异常的数据。
5结论
（1）施工期间，当围护桩处于拆换支撑状态时，基坑周边变形最为不利，桩顶产生的最大水平位移为8.44毫米，最大竖向位移为6.32毫米，变形量不大于8毫米，满足二级基坑变形要求。
（2）施工期间，围护结构受力控制在设计范围以内，当前施工方案能够保证基坑围护结构的使用安全。
（3）在计算期间，严格按照设计方案实施围护结构，及时应用护坡和钢支护，减少基坑变形。然而，在实际施工过程中，基坑的开挖间距和钢支架的施工时间可能与设计文件不同，这将导致周围土壤的大变形。因此，在基坑施工过程中应严格控制施工开挖步距，并及时进行支护。
（4）随着开挖深度的增加，第一支承阻力的变化尚未大，并且可以在以后阶段被减小。然而，由于该项目的第一支撑是钢筋混凝土的支撑，它可以有效的避免支撑变形过大的现象，同时也起到抑制深基坑位移的作用。
参考文献:
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[12] 谭振庆.天河机场明挖隧道深基坑设计和施工关键技术研究.济南:山东大学.2016.
论文作者:石爱青
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/6
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